CN205069592U - 可测量研磨垫高度偏差的化学机械研磨装置的调节器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种化学机械研磨装置的调节器，其作为在化学机械研磨工艺中，对与晶元板面接触的研磨垫表面进行改质的化学机械研磨装置的调节器，其包括：臂，其从旋转中心延伸并进行往返旋回运动；调节单元，其与在所述臂的末端旋转驱动的驱动轴连动并进行旋转驱动，在底面把持调节盘并对所述研磨垫加压的同时对所述研磨垫表面进行微细切削；位移传感器，其测量所述调节盘的上下移动位移量；控制部，其从所述位移传感器感知根据所述调节盘的往返旋回运动路径的所述调节盘的高度变动量，并测量为所述研磨垫的高度偏差。因此，本实用新型能够更快更准确地计算出，为了缓和研磨垫表面高度偏差向调节盘施加的加压力，更加提高了缓和研磨垫高度偏差的平坦化效率。

Description

可测量研磨垫高度偏差的化学机械研磨装置的调节器

技术领域

本实用新型涉及一种化学机械研磨装置的调节器(conditioner)，更详细地涉及一种化学机械研磨装置的调节器，其能够获得直接用于通过调节工艺将研磨垫高度偏差平坦化的表面高度偏差数据。

背景技术

通常，化学机械研磨(ChemicalMechanicalPolishing；CMP)工艺被熟知为如下标准工艺：在用于制作具有研磨层的半导体的晶元等晶元和研磨平板之间形成相对旋转，对晶元表面进行研磨。

图1是现有化学机械研磨装置的略图。如图1所示，所述现有化学机械研磨装置包括：研磨平板10，其上面附着有研磨垫11；研磨头20，将待研磨的晶元W安放于所述研磨头20，与研磨垫11的上面接触的同时旋转；调节器30，向研磨垫11的表面施加预定的加压力进行细微的切削，使形成于研磨垫11表面的微孔露出表面。

就研磨平板10而言，将用于研磨晶元W的宝利特(polytex)材质的研磨垫11附着在所述研磨平板10，通过旋转轴12的旋转驱动进行旋转运动。

研磨头20包括：抓头(carrierhead)21，其位于研磨平板10的研磨垫11的上面，用于把持晶元W；研磨臂22，其将抓头21旋转驱动的同时，以一定的振幅进行往返运动。

研磨垫11的表面有无数个发泡微孔用于承载含有研磨剂和化学物质的混合研磨液，为了防止这些发泡微孔被堵塞，调节器30对研磨垫11的表面进行细微的切削，使充满研磨垫11发泡气孔的研磨液顺利供给到把持在抓头21的晶元W。

为此，调节器30在调节工艺中，用壳(housing)34把持接触于研磨垫11的调节盘31，在壳34内内置电机(motor)及齿轮箱等,以便用于旋转调节盘31的旋转轴33。另外，为了向下方31p加压位于以旋转轴33为中心旋回的臂35的末端的调节盘31，在壳34内部设置通过空气压力向下31p加压的气缸(cylinder)，通过从旋转中心延长至壳34的臂35的挥动(sweep)运动，对研磨垫11的大面积的发泡气孔进行微细切削。另外，为了研磨垫11的微细切削，可在与研磨垫11接触的调节盘31的面附着金刚石(diamond)粒子。

就如上构成的现有化学机械研磨装置而言，将待研磨的晶元W真空吸附在抓头21，晶元W被研磨垫11加压的同时进行旋转驱动，同时以使研磨垫11旋转的形式操作。此时，由研磨液供给部40的供给口42供给的研磨液以装在形成于研磨垫11的无数个发泡气孔的状态，供给到以固定在研磨头20的状态旋转的晶元W。此时，因研磨垫11持续被加压，发泡气孔的开口部逐渐被堵塞，从而引发研磨液不能顺畅地供给到晶元W的现象。

为了解决所述问题，将朝向研磨垫11加压的气缸设置在调节器30，将附着有像金刚石粒子一样高硬度粒子的调节盘31加压并旋转，同时进行挥动运动，对分布在研磨垫11全域内的发泡气孔的开口部进行持续的微细切削，使装在研磨垫11上的发泡气孔的研磨液顺利供给到晶元W。

但是，化学机械研磨装置9的研磨垫11为调节盘11所加压并改质，晶元W也为研磨头11所加压并研磨。因此，如图3所示，研磨垫11的半径方向发生不规则的表面高度偏差。

但是，因研磨垫11表面发生的高度偏差，即使通过研磨头20对晶元加压的力量相同，晶元W依然会出现半径方向的研磨量不一致的问题。由此，一直以来尝试通过调节器30的调节盘31对研磨垫20进行改质使其平坦。

但是，测量研磨垫11表面高度的现有测量装置，如图4所示，不管是与研磨垫表面直接接触而进行测量的接触式，还是如图4所示，从传感器90将光沿半径方向99移动并照射在研磨垫的表面而进行测量的非接触式，都是在研磨垫上以点为单位测量表面高度。因此，即使依据以点为单位测量的研磨垫表面高度的偏差，将调节盘的加压力改变的同时对表面进行调节，也不能准确计算以足够大的面积31d与研磨垫接触的调节盘的加压力，导致研磨垫平坦化延迟的问题。

因此，迫切需要如下方案：利用以足够大的表面与研磨垫接触的状态进行调节的调节器30，对研磨垫的表面进行改质期间，能够获得表面高度偏差数据，所述表面高度偏差数据能够直接用于缓和研磨垫11的表面高度偏差。

实用新型内容

为了解决所述问题，本实用新型的目的在于提供一种化学机械研磨装置的调节器，所述化学机械研磨装置的调节器为利用以在足够大的面积与研磨垫接触的状态进行调节的调节器，能够获得将研磨垫表面高度偏差缓和并平坦的数据。

由此，本实用新型不需要经过复杂的控制或计算过程，防止计算过程中发生错误而延误研磨垫表面的平坦化，通过调节器快速对研磨垫表面进行平坦化，从而提高晶元的研磨质量，这也是本实用新型的目的。

为了达到所述目的，本实用新型提供一种化学机械研磨装置的调节器，其作为在化学机械研磨工艺中对与晶元板面(polishingsurface)接触的研磨垫(polishingpad)表面进行改质(modification,i.e.,enhancingthequality)的化学机械研磨装置的调节器，其特征在于，包括：臂(arm)，其从旋转中心延伸并进行往返(reciprocating)旋回(swivel)运动；调节单元(conditioningunit)，其与在所述臂的末端部旋转驱动的驱动轴(drivingshaft)连动(coupledorinterlocked)并进行旋转驱动，将调节盘把持在底面，并对所述研磨垫加压的同时对所述研磨垫表面进行微细切削(microscopicallycutting)；位移传感器，其测量所述调节盘的上下移动位移量；控制部，其从所述位移传感器将所述调节盘沿往返旋回运动路径移动时的所述调节盘的高度变动量进行感知，并测量为所述研磨垫的高度偏差。

这与现有的以点为单位测量研磨垫高度偏差的接触式或非接触式不同，通过臂进行往返旋回运动的调节盘在研磨垫上以具有半径方向成分的形式移动的同时，获得随着研磨垫的高度偏差产生的调节盘的上下移动位移量数据。

如此，以调节盘的上下移动位移量为基础，通过调节盘执行缓和研磨垫高度偏差的平坦化工艺，从而即使不采用复杂的计算或控制方法，也能够获得缓和研磨垫高度偏差的效果。

特别是，本实用新型可得到如下效果：通过调节盘的高度变化获得研磨垫的高度偏差，因此，相比通过与自转的研磨垫表面接触或非接触方式以点为单位测量的情况，可确保测量精确度。

在此，本实用新型的权利要求范围及说明书中记载的“位移传感器”，只要是能够测量所述调节盘的上下移动位移量的装置，则都包括面接触式传感器和非接触式传感器、以及能够通过测量荷重间接获得位移的传感器。

另外，本实用新型提供一种化学机械研磨装置的调节器，其作为在化学机械研磨工艺中对与晶元板面接触的研磨垫表面进行改质的化学机械研磨装置的调节器，其特征在于，包括：臂，其从旋转中心延伸并进行往返旋回运动；调节单元，其与在所述臂的末端部旋转驱动的驱动轴连动并进行旋转驱动，将调节盘把持在底面，并对所述研磨垫加压的同时对所述研磨垫表面进行微细切削；磁铁，其设置成磁力向抑制所述调节单元沿重力方向移动的方向作用；磁力传感器，其测量所述磁力的变动量；控制部，其从所述磁力传感器将根据所述调节盘的往返旋转运动路径的所述磁力的变化量感知，并测量为所述研磨垫的高度偏差。

由此，通过抑制调节单元沿重力方向移动，可起到以比调节单元自重轻的加压力对研磨垫进行改质的低压调节的作用。同时，通过臂进行往返旋回运动的调节盘在研磨垫上以具有半径方向成分的形式移动的同时，随着研磨垫的高度偏差上下移动的调节盘的高度变动量反映为一对磁铁间的磁力变动量。因此，可通过磁铁间的磁力变动量，获得随研磨垫的高度偏差变化的调节盘的上下移动位移量。

此时，还包括：传递轴，其在与所述驱动轴之间设置加压舱(chamber)，从所述驱动轴获得驱动力与所述驱动轴连动旋转，因处于与所述调节单元结合的状态，可通过所述加压舱的压力上下移动的同时，调节通过所述调节盘的向下加压力；中空形外主轴，其在中空部收纳所述传递轴。所述一对磁铁可设置为，当所述传递轴按规定的高度向下移动时，在所述外主轴的相面对的侧面相互产生排斥力。

此外，还包括：传递轴，其在与所述驱动轴之间设置加压舱，从所述驱动轴获得驱动力与所述驱动轴连动旋转，因处于与所述调节单元结合的状态，可通过所述加压舱的压力上下移动的同时，调节通过所述调节盘的向下加压力；中空形外主轴，其形成为能够在中空部收纳所述传递轴的中空圆筒形，在下侧设置向所述传递轴和所述调节单元间的闲置空间延长的板(plate)，允许所述传递轴上下移动的同时，与所述传递轴共同旋转。所述一对磁铁可设置为，在所述板和所述传递轴的相面对的面相互产生排斥力。

另外，本实用新型提供一种化学机械研磨装置的调节器，其作为在化学机械研磨工艺中对与晶元板面接触的研磨垫表面进行改质的化学机械研磨装置的调节器，其特征在于，包括：臂，其从旋转中心延伸并进行往返旋回运动；调节单元，其与在所述臂的末端部旋转驱动的驱动轴连动并进行旋转驱动，将调节盘把持在底面，并对所述研磨垫加压的同时对所述研磨垫表面进行微细切削；传递轴，其在与所述驱动轴之间设置加压舱，从所述驱动轴获得驱动力与所述驱动轴连动旋转，因处于与所述调节单元结合的状态，可通过所述加压舱的压力上下移动的同时，调节通过所述调节盘的向下加压力；空气压力供给部，其向所述加压舱提供空气压力；控制部，其从所述流量传感器感知根据所述调节盘的往返旋回运动路径的所述流量的变化量，并测量为所述研磨垫的高度偏差。

通过这些，通过臂进行往返旋回运动的调节盘在研磨垫上以具有半径方向成分的形式移动的同时，随着研磨垫的高度偏差上下移动的调节盘的高度变动量对设置于驱动轴和传递轴之间的加压舱的体积产生影响，维持空气压力的同时根据通过流量传感器感知流入加压舱的流量，可获得研磨垫的高度偏差引起的调节盘的上下移动变位量。

如上所述，所述调节器以所述调节盘随所述臂的往返旋回运动路径移动时的上下移动位移量为基础获得的测量数据为基础，调节所述调节盘随所述臂进行往返旋回运动中的加压力，且所述调节盘的移动高度越高施加的加压力越高。

由此可获得如下效果：，即使现有技术以点为单位测量研磨垫的高度偏差，也不能通过调节盘以点为单位加压研磨垫，因此通过为了缓和测量的研磨垫的高度偏差而引入的调节盘的加压力，解决不能导入准确的研磨垫的高度偏差而延迟平坦化的问题；同时解决了，将以点为单位测量的研磨垫的各个位置的高度偏差和以面接触的调节盘的位置匹配的计算复杂而不准确的问题。

本说明书及实用新型权利要求范围内记载的“研磨垫半径方向的表面高度值”、“研磨垫半径方向的垫的高度”及与此类似的术语当然包括“研磨垫的地面至表面的绝对高度”,而且还包括作为“研磨垫表面高度的偏差”的相对高度。

根据本实用新型可获得如下效果：与现有的以点为单位测量研磨垫高度偏差的接触式或非接触式方式不同，通过臂进行往返旋回运动的调节盘在研磨垫上以具有半径方向成分的形式移动的同时，通过测量随研磨垫的高度偏差上下移动的调节盘的上下移动位移量，获得研磨垫的高度偏差数据，并据此调节调节盘的加压力，由此，通过调节调节盘的加压力而将研磨垫高度偏差平坦化的作用不再需要引入复杂的计算或控制方法，可以以根据旋回往返移动的调节盘的上下移动量数据为基础执行，从而即使不需要引入复杂的计算或控制方法，也能够使得更加准确地对研磨垫的高度偏差进行平坦化工艺成为可能。

换句话说，本实用新型不以点为单位测量研磨垫表面高度偏差，而将以足够大的面积与研磨垫接触的调节盘的上下移动位移量，作为垫的表面高度偏差进行测量。因此，免去了将点为单位测量的表面高度偏差数据，转换为根据面积足够大的调节盘的位置的表面高度偏差数据的复杂工艺。由此解决了，不能反映往返移动的调节盘的倾斜等引起的变数的现有问题，还获得了在没有复杂的控制或计算的情况下以测量数据为基础直接更加准确地计算并引入对调节盘施加的加压力的有利效果。

另外，因本实用新型以调节盘的上下移动量为基础测量研磨垫的表面高度偏差，以依据调节盘的往返移动位移计算表面高度偏差，替代沿研磨垫半径方向测量表面高度偏差。因此，不需要经过以与调节盘的往返回旋路径对应的方式计算研磨垫的半径方向的位置的过程，依据直接计算的数据通过调节盘对研磨垫施加加压力。由此，可获得用更加简单的控制运算法将更加准确的加压力通过调节盘施加于研磨垫的优点。

换句话说，本实用新型依据调节盘的上下移动量消除研磨垫的表面高度偏差，不需要经过复杂的控制或计算过程，从而防止因计算过程中可能发生的错误而延迟研磨垫的表面平坦化，具有在更短的时间内使研磨垫的表面得到平坦化，并提高晶元研磨质量的效果。

由此，本实用新型能够更快更准确地计算出，为了缓和研磨垫表面高度偏差而施加于调节盘的加压力，从而可获得更加提高缓和研磨垫高度偏差的平坦化效率的有利效果。

另外，本实用新型具备发生磁力的一对以上的磁铁，所述一对以上的磁铁抵消调节单元的自重引起的重力方向的力量从而本实用新型获得如下效果：通过磁力引入将调节单元向旋转轴提起的力量，据此以小于调节单元自重的低压对研磨垫进行精细控制和加压实现改质。

附图说明

图1是一般化学机械研磨装置的平面构成图。

图2是图1的平面图。

图3是根据图2的3-3切割线的研磨垫表面高度的分布图。

图4是表示在化学机械研磨工艺中获得研磨垫表面高度数据的现有构成的图。

图5是表示根据本实用新型一个实施例的化学机械研磨装置的调节器的构成的纵截面图。

图6是根据图5的Ⅵ-Ⅵ切割线的调节器的横截面略图。

图7是图5的“A”部分扩大图。

图8是图5的“B”部分扩大图。

图9是表示研磨垫表面高度和调节盘上下移动位移量的相关关系的图表。

图10是依次表示图5的调节器的操作方法的顺序图。

具体实施方式

以下参考附图，对本实用新型的一个实施例的化学机械研磨装置的调节器100进行说明。说明本实用新型时，对公知的功能或构成赋予相同或类似的附图标号，为了使本实用新型的宗旨明了省略此部分说明。

如图所示，根据本实用新型一个实施例的化学机械研磨装置的调节器100包括：调节单元110，其进行往返回旋运动30d的同时，对由晶元W加压的研磨垫11的表面进行改质；臂120，其以在一端部设置调节单元110的状态，随旋回轴120a的旋转进行往返旋转移动；旋转轴130，其在臂120的末端通过驱动电机135旋转驱动，并将旋转驱动力传递至调节单元110；固定部件140，其以包围旋转轴130的周长的形态固定并位于所述臂120；压力调节部150，其向加压舱C1施加空气压力；垫高度测量部90，其测量研磨垫11的表面高度差；一对第一磁铁170及一对第二磁铁190，其设置为磁力向抑制调节单元110沿重力方向移动的方向起作用；位移传感器201，其测量调节盘111的上下移动位移量；流量传感器205，其测量流入至驱动轴131和传递轴132之间的加压舱C1的空气压力流量；磁力传感器207、209，其分别测量各对磁铁170、190的磁力。

所述调节单元110包括：调节盘111，其以与研磨平板10上的研磨垫11表面接触的状态，在规定的角度范围内沿旋回旋转路径移动的同时对研磨垫11的表面进行微细切削；盘支架(holder)112，其固定调节盘111以防止脱离，并与调节盘111共同旋转。盘支架112形成为支架柱，所述支架柱以小于调节盘111的截面沿垂直方向向上延伸，并插入设置于旋转轴130的内部。

调节单元110与旋转轴130中的上下移动的传递轴132结合，随传递轴132的旋转共同旋转、随传递轴132的上下移动共同上下移动，并传递加压力。

所述臂120与在规定角度范围内旋转的旋回轴120a连动，沿表示为120d的方向旋转运动。由此，调节单元110在臂120的一端进行旋回(swivel)运动。

调节单元110的调节盘111随臂35的往返旋转运动，沿规定的路径划圆弧并进行往返运动的同时，以与研磨垫11表面接触的状态对研磨垫11进行加压。研磨垫11的表面在化学机械研磨工艺中被晶元W加压的程度不同，因此，研磨垫11的半径方向会发生表面高度偏差。因此，调节盘111沿圆弧形态的路径进行往返运动的同时，随研磨垫11的高度偏差上下移动。

所述位移传感器201设置于固定部件140，在化学机械研磨工艺中测量调节盘111随研磨垫11的表面高度偏差上下移动的位移量。此时，如图所示，位移传感器201可以是激光束或利用光的非接触式传感器，虽然没有图示，也可以是接触式传感器。比如，测量根据调节盘111的上下移动111d的荷重，并据此测量上下位移。换句话说，根据本实用新型的位移传感器201定义为也包括对能够计算位移的荷重和压力进行测量的传感器。在位移传感器201测量的信号传输至位移测量部202，实时计算调节盘111的上下移动位移量并传输至控制部160。

如此，以测量调节盘111的上下移动位移量(图10的200)，替代测量研磨垫11的微细凹凸位移，并作为研磨垫11表面高度偏差数据，源于实际调节盘111进行往返移动并对研磨垫11加压时，不是点接触而是根据调节盘111的面接触。

换句话说，如现有技术一样，以点接触方式测量研磨垫的表面高度偏差时，测量为用图10的附图标号“79”表示的形态。但是，根据调节盘111的上下移动位移量测量时，则测量为用附图标号“200”表示的形态。即使确保了用附图标号“79”所表示的测量数据，如果实际想要进行通过调整调节盘111的加压力消除研磨垫11的高度偏差的平坦化工艺时，则应考虑调节盘111的接触面积111d确定加压力，但是，因为调节盘111进行圆弧形态的往返运动的同时接触的图案(pattern)与研磨垫的微细凹凸的高度产生差异，所以很难计算出准确的加压力。更何况，因调节盘111往返运动时会发生细微的倾斜，实际会出现在研磨垫11的凹凸和根据调节盘111的加压力不能完全一致的倾向。

但是，本实用新型可获得如下有效效果：通过测量调节盘111的上下移动位移量作为研磨垫11的上下高度偏差，依此求出反映了调节盘的接触面积111d和细微倾斜的研磨垫11上各个位置的高度偏差数据，即使如此获得的数据与实际研磨垫11上的凹凸不完全一致，以此为依据确定调节盘111的加压力使得计算更简单准确，能够在短时间内完成研磨垫11表面的平坦化。

所述旋转轴130包括：驱动轴131，其在臂120的一端通过驱动电机135在原地旋转驱动；传递轴132，其与驱动轴131吻合而旋转驱动并将旋转驱动力传递至调节单元110，同时对驱动轴131进行上下方向的相对移动132y；中空形外主轴133，其在中空部收纳驱动轴131和传递轴132并设置于其周围。虽然在图示的实施例中，外主轴133与驱动轴131吻合在原地旋转，但根据未经图示的另一个实施形态，在不包括后述的板(plate)133x的情况下，以非旋转的状态设置于驱动轴131的周围。

传递轴132的下端部与调节单元110的盘支架112结合。由此，每当传递轴132相对于驱动轴131进行上下移动时，盘支架112共同沿垂直方向上下移动。

在驱动轴131和传递轴132之间设置加压舱C1，驱动轴131的下端凸出部131x插入于传递轴132的凹入部132c，随着从压力调节部150到达加压舱C的空气压力驱动轴131的凸出部131x和传递轴132的凹入部132c之间的空间发生变化，从而使传递轴132上下方向132y移动，随着传递轴132的上下移动通过调节盘111施加的加压力发生变化。

在此，随着流入至加压舱C1的空气压力，驱动轴131和传递轴132之间的间隔被拉大，从而产生调节盘111的上下移动位移量。然后，调节盘111的上下移动位移量影响设置于驱动轴131和传递轴132之间的加压舱C1的体积，因此考虑加压舱C1内部的压力，通过流量传感器205感知流入至加压舱C1的流量，据此获得根据研磨垫高度偏差的调节盘111的上下移动位移量数据200。

此时，驱动轴131的凸出部131x和传递轴132的凹入部132c的截面形成为非圆形截面(比如椭圆形或四角形截面)，允许传递轴132相对于驱动轴131的上下移动的同时，使其131、132共同旋转。另外，即使驱动轴131的凸出部131x和传递轴132的凹入部132c的截面形成为圆形，在它们131x、132c的相面对的表面沿半径方向设置凸起(未图示)和收纳该凸起的卡住坎，从而通过旋转方向的相互干涉允许传递轴132相对于驱动轴131的上下移动，并使其131、132共同旋转。

另外，如图5及图6所示，虽然传递轴132的下端和调节单元110相互连接，但在其之间的中心部形成闲置空间E。如图6所示，在闲置空间E内通过从外主轴133向中心延长的延长部133c设置板133x。换句话说，传递轴132的下侧通过延长部133c的缝隙空间与调节单元110连接，使调节单元110上下移动并旋转。

换句话说，从压力调节部150通过空气压力通路130p1向加压舱C1施加正压150d1时，加压舱C1内的压力变大，随之驱动轴131和传递轴132之间的空气膨胀，传递轴132和调节单元110被推向下方。由此，调节单元110的调节盘111向研磨垫11施加的加压力被大幅度调整。

此时，驱动轴131的凸出部131x插入于传递轴132的凹入部132x，引导调节单元110相对旋转轴131、132、133；130进行垂直方向的移动，允许调节单元110以凸出部131x的下端和收纳槽112x的下端之间的间隔Z程度进行上下移动的往返运动(stroke)。

另外，如图7所示，在外主轴133的侧壁133a设置第一短坎133s，在传递轴132的外周面设置与第一短坎133s接触的第二短坎132s。通过第一短坎133s和第二短坎132s的接触，形成限制调节单元110上下移动的限位装置(stopper)。

利用旋转接头等公知的构成可实现选择性地向旋转中的加压舱C1供给空气压力。

另外，所述固定部件140固定在臂120的一端部，以使得旋转轴130可在臂120的一端部旋转驱动的形式起到旋转支撑的作用。为此，固定部件140在旋转轴130的外边，以中间介有轴承89的状态起到支撑作用。

所述压力调节部150向加压舱C1提供适当的空气压力，将调节盘111向研磨垫11施加的加压力调节成从小于调节单元110的自重的0.5磅1b逐渐加大。

第一磁铁170包括相互起排斥力作用的一对磁铁171、172，抵消调节单元110自重。另外，由一对形成的第一磁铁171、172之间的磁力，通过磁力传感器207实时被测量后传输到控制部160。

如图7所示，所述第一磁铁170包括：第一-一磁铁171，其以环状凹入设置于传递轴132的周围侧面；第一-二磁铁173，其在传递轴132的上下移动距离内，以环状设置于外主轴133的侧壁的周围。此时，第一-一磁铁171、第一-二磁铁173相面对的磁极以相同的极相互面对的形式排列，以便相互起排斥力的作用。附图中，虽然举了S极相互面对的排列的例子，但是也可以排列为N极相互面对。

此处，第一-一磁铁171、第一-二磁铁173的环状排列构成不仅包括如下构成：第一-一磁铁171、第一-二磁铁173形成为环状，分别设置于调节单元110的盘支架112的周围和旋转轴130凹入槽132的侧壁；还包括如下构成：第一-一磁铁171和第一-二磁铁173由多个有间隔的小的大小形成，以环状排列在调节单元110盘支架112的周围和旋转轴130凹入槽132的侧壁。

此时，随着调节盘111的上下移动位移量第一-一磁铁171和第一-二磁铁173之间的间隔发生变化，作用于第一-一磁铁171和第一-二磁铁173之间的磁力也随着该间隔的变化而变化。因此，通过所述磁力传感器207实时测量第一-一磁铁171、第一-二磁铁173之间的磁力，能够测量调节盘111的上下移动位移量200。

此外，第一-一磁铁171和第一-二磁铁173的位置定为如下。

首先，在利用调节盘111以小于调节单元110自重的加压力(比如1-21b)施加调节盘111加压研磨垫的加压力的条件下，第一-一磁铁171的高度高于第一-二磁铁173的高度。

由此，传递轴132上的第一-一磁铁171为了移动到外主轴133的第一-二磁铁173的下方，必须抵过作用在第一-一磁铁171和第一-二磁铁173之间的排斥力，因此，在第一磁铁171、173、170之间以排斥力作用的磁力Fr抵消传递轴132自重。考虑第一磁铁170抵消的调节单元110的自重，通过向加压舱C1施加较小的正压，可将小于调节单元110自重的大小的加压力通过调节盘111向下方加压研磨垫。

另外，利用调节盘111施加以大于调节单元110自重的加压力(比如101b)调节盘111加压研磨垫的加压力的条件下，第一-一磁铁171的高度低于第一-二磁铁173的高度。

由此，调节单元110的第一-一磁铁171低于旋转轴130的第一-二磁铁173时，因第一-一磁铁171和第一-二磁铁173之间作用的排斥力，就调节单元110而言，自重带来的荷重加上磁铁170间排斥力的大的加压力向下作用，因此通过向加压舱C1额外地施加较小的正压，也能够通过调节盘111向下方以较高的加压力加压研磨垫。

在此，在利用调节盘111施加以大于调节单元110自重的加压力(比如101b)调节盘111加压研磨垫的加压力时，大约位于由短坎132s、133s组成的限位装置的上侧0.5mm至8mm的位置；利用调节盘111施加以小于调节单元110自重的加压力(比如1-21b)调节盘111加压研磨垫的加压力时，大约位于由短坎132s、133s组成的限位装置的上侧10mm至15mm的位置。因此，设置于外主轴133侧壁133s的第一-二磁铁173设置于由短坎132s、133s组成的限位装置的周边，且设置于离短坎133s约10mm至15mm程度的距离d隔离的位置。

另外，第一-一磁铁171和第一-二磁铁173之间始终起排斥力作用时，如果第一-一磁铁171和第一-二磁铁173位于相同高度，则有可能造成加压力不稳定，因此，位于外侧的第一-二磁铁173可形成为仅在施加电流的情况下产生磁力的电磁铁。由此，调节盘111向研磨垫施加的加压力大于调节单元110时，使调节单元110沿重力的反方向浮起的排斥力Fr不起作用；而且可顺利地实现仅在调节单元110以臂124为中心进行旋回运动的路径的一部分，以小于调节单元110自重的加压力加压的构成。尤其是这种构成，对电流的磁力应答特性优秀，因此可获得如下效果：可完全实现仅对通过调节盘111加压的加压路径的一部分以小于调节单元110自重的加压力加压的构成。

此时，可通过第一-一磁铁171和第一-二磁铁173的排斥力Fr抵消调节单元110部分自重，但是也可以抵消调节单元110全部自重。由此，调节盘111沿研磨垫的半径方向移动的同时进行调节工艺的过程中，比如对研磨垫特定区域内的研磨垫高度特别高的特定区域，通过调节盘111施加的加压力可调至0。

如此，本实用新型通过第一磁铁170可获得如下效果：通过磁铁的排斥力Fr抑制，包括与研磨垫接触的同时旋转并对表面进行改质的调节盘111在内的调节单元110因重力向重力方向110d移动，从而抵消调节单元110源于重力的部分自重，通过调节盘111以小于调节单元自重的加压力向研磨垫加压的同时进行改质。

此外，在与调节单元110结合的传递轴132的周围和包围此的外主轴133的侧壁133a设置第一磁铁170，通过磁力抵消源于调节单元110自重的重力110d。因此，可获得如下优点：提升力Fr不会使调节单元110偏向某一侧，使提升力Fr准确作用于上下方向，从而使小于调节单元110的加压力均匀地作用于整个调节盘的表面的同时进行调节工艺。

如图9所示，所述第二磁铁190包括:第三-一磁铁191，其设置于传递轴132和调节单元110之间闲置空间E内从外主轴133延伸的板133x；第三-二磁铁193，其设置于与板133x相面对的传递轴132的下端。此时，第三-一磁铁191和第三-二磁铁193相面对的磁极排列为不同的极相互面对，以便相互作用排斥力Fr。

如此，随着设置于上下位置固定的板133x的第三-一磁铁191和设置于上下移动的传递轴131下端部的第三-二磁铁192相互起排斥力Fr的作用，可抵消调节单元110源于重力的自重，从而能够施加小于调节单元110自重的加压力。

同理，随着调节盘111的上下移动位移量第二-一磁铁191和第二-二磁铁193之间的距离发生变化，随着第二-一磁铁191和第二-二磁铁193之间的距离变化它们之间作用的磁力也发生变化。由此，可通过所述磁力传感器209实时测量第二-一磁铁191和第二-二磁铁193之间的磁力，由此测量调节盘111的上下移动位移量200。

如果从位移传感器201、流量传感器205、磁力传感器207、209获得的调节盘111的上下移动位移量200S110，则控制部160将调节盘111的上下移动位移量数据看作为研磨垫11的表面高度偏差数据(准确地讲作为用于消除表面高度偏差的平坦化控制数据)，控制施加到调节盘111的加压力FcS120。

在此，通过多个传感器201、205、207、209测量的调节盘111的上下移动位移量数据200会分别出现各自测量误差范围内的差距，可通过平均这些数据或对特定传感器测量的数据赋予加重值而计算控制数据。此外，在图中图示的实施例中，通过多个传感器201、205、207、209获得了调节盘111的上下移动位移量数据200，但根据本实用新型的另一个实施形式也可通过多个传感器201、205、207、209中的部分传感器获得调节盘111的上下移动位移量数据200。

换句话说，当研磨垫11的表面高度高于周边时，控制部160控制调节盘111施加的加压力Fc较大；当研磨垫11的表面高度低于周边时，控制部160控制调节盘111施加的加压力Fc较小，从而消除研磨垫11的高度偏差实现平坦化。

由此，为了研磨晶元W施加到研磨垫11上的力量发生偏差，即使研磨垫11的半径方向存在表面高度偏差79，在研磨垫11的表面高度79大的区域(调节盘的高度高的区域)内施加较大的加压力进行调节；在研磨垫11的表面高度79低的区域(调节盘的高度低的区域)内施加较小的加压力进行调节，从而通过调节器100的调节盘111的得到控制的加压力Fr抵消研磨垫11的表面高度偏差79，使研磨垫11保持平坦，因此获得提高晶元W的化学机械研磨质量的效果。

如上所述构成的本实用新型，通过磁铁170、180、190可获得如下效果：通过磁铁的磁力Fr、Fs抑制，包括与研磨垫接触的同时旋转并进行表面改质的调节盘111的调节单元110因自重向重力方向110d移动，抵消调节单元110源于重力的部分自重以上，以小于调节单元自重的加压力通过调节盘111向研磨垫加压并进行改质。

重要的是，本实用新型将以足够大的面积与研磨垫接触的调节盘111的上下移动位移量作为垫的表面高度偏差，用作计算调节荷重(加压力)的数据200，因此能够事先避免，从产生微细变动的研磨垫表面轮廓(profile)计算加压力时所产生的复杂的计算和错误。同时，反应了调节盘在往返移动中出现的细微倾斜产生的影响，能够向研磨垫施加更加精确的加压力，从而在较短的时间内完成研磨垫11的平坦化工艺，提高了晶元的研磨质量。

同时，本实用新型可获得如下优点：通过调节盘的圆弧形往返移动路径获得用于获得调节荷重(加压力)的控制数据。因此，即使没有将沿研磨垫半径方向的表面高度偏差数据变更为与调节盘往返移动路径一致的数据，也能够直接用作控制数据。

以上通过优选实施例对本实用新型进行了示例说明，但是本实用新型并不局限于以上特定的实施例，在不脱离本实用新型提出的技术思想，具体在实用新型的权利要求记载的范围内，能够进行多种形式的修改、变更、或改善。

【符号说明】

W:晶元90:非接触式表面高度测量部

100:调节器110:调节单元

111:调节盘112:盘支架

120:臂130:旋转体

132:凹入槽135:驱动电机

140:固定部件150:压力调节部

160:控制部170:第一磁铁

180:第x磁铁190:第二磁铁

200:调节盘的上下移动位移量数据

201:位移传感器205:流量传感器

207、209:磁力传感器C1:加压舱

Claims (6)

1.一种化学机械研磨装置的调节器，作为在化学机械研磨工艺中，对与晶元板面接触的研磨垫表面进行改质的化学机械研磨装置的调节器，其特征在于包括：

臂，其从旋转中心延伸并进行往返旋回运动；

调节单元，其与在所述臂的末端部旋转驱动的驱动轴连动并进行旋转驱动，在底面把持调节盘并对所述研磨垫加压的同时对所述研磨垫表面进行微细切削；

位移传感器，其测量所述调节盘的上下移动位移量；

控制部，其从所述位移传感器将根据所述调节盘的往返旋回运动路径的所述调节盘的高度变动量感知，并测量为所述研磨垫的高度偏差。

2.一种化学机械研磨装置的调节器，作为在化学机械研磨工艺中，对与晶元板面接触的研磨垫表面进行改质的化学机械研磨装置的调节器，其特征在于，包括：

臂，其从旋转中心延伸并进行往返旋回运动；

调节单元，其与在所述臂的末端部旋转驱动的驱动轴连动并进行旋转驱动，在底面把持调节盘并对所述研磨垫加压的同时对所述研磨垫表面进行微细切削；

磁铁，其设置为磁力向抑制所述调节单元沿重力方向移动的方向起作用；

磁力传感器，其测量所述磁力的变动量；

控制部，其从所述磁力传感器将根据所述调节盘的往返旋回运动路径的所述磁力的变化量感知，并测量为所述研磨垫的高度偏差。

3.根据权利要求2的化学机械研磨装置的调节器，其特征在于，还包括：

传递轴，其在与所述驱动轴之间设置加压舱，从所述驱动轴获得驱动力并与所述驱动轴连动旋转，因处于与所述调节单元结合的状态，通过所述加压舱的压力上下移动的同时，调节通过所述调节盘的向下施加的加压力；

中空形外主轴，其在中空部收纳所述传递轴，

所述磁铁设置为，当所述传递轴按规定的高度向下移动时，排斥力相互作用于所述外主轴的相面对的侧面。

4.根据权利要求2的化学机械研磨装置的调节器，其特征在于，还包括：

传递轴，其在与所述驱动轴之间设置加压舱，其从所述驱动轴获得驱动力并与所述驱动轴连动旋转，因处于与所述调节单元结合的状态，通过所述加压舱的压力上下移动的同时，调节通过所述调节盘的向下施加的加压力；

中空形外主轴，其形成为在中空部收纳所述传递轴的中空圆筒形，在下侧设置向所述传递轴和所述调节单元间的闲置空间延伸的板，允许所述传递轴上下移动的同时，与所述传递轴共同旋转，

所述磁铁设置为，排斥力相互作用于所述板和所述传递轴相面对的面。

5.一种化学机械研磨装置的调节器，作为在化学机械研磨工艺中，对与晶元板面接触的研磨垫表面进行改质的化学机械研磨装置的调节器，其特征在于，包括：

臂，其从旋转中心延伸并进行往返旋回运动；

调节单元，其与在所述臂的末端部旋转驱动的驱动轴连动并进行旋转驱动，在底面把持调节盘并对所述研磨垫加压的同时对所述研磨垫表面进行微细切削；

传递轴，其在与所述驱动轴之间设置加压舱，从所述驱动轴获得驱动力并与所述驱动轴连动旋转，因处于与所述调节单元结合的状态，通过所述加压舱的压力上下移动的同时，调节通过所述调节盘的向下施加的加压力；

空气压力供给部，其向所述加压舱提供空气压力；

控制部，其从所述流量传感器将根据所述调节盘的往返旋回运动路径的所述流量的变化量感知，并测量为所述研磨垫的高度偏差。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的化学机械研磨装置的调节器，其特征在于：

所述调节器以根据所述臂的往返旋回运动路径将所述调节盘的上下移动变动量作为基础获得的测量数据为基础，将所述调节盘在随所述臂进行往返旋回运动中调节加压力，且所述调节盘的移动高度越高施加的加压力越高。